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胜利油田采出水生化处理技术研究-祝威

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胜利油田 出水 生化 处理 技术研究 祝威
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科 技 石油规划设计 2003 年 9 月 21 * 祝 威,女, 1968 年生,高级工程师。 1990 年毕业于青岛建筑工程学院给排水专业,现工作于胜利油田 胜利工程设计 咨询公司(胜利设计院) 科研所。通信地址:山东省东营市济南路 236 号, 257026 胜 利 油 田 采 出 水 生 化 处理 技术 研究 祝 威 * 汪卫东 胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司 胜利油田有限公司采油工艺研究院 祝 威等 . 胜利油田采出水生化处理技术研究 . 石油规划设计, 2003 , 14 ( 5 ): 21 ~ 23 摘 要 胜利油田通过对油田采出水有机物组分分析,针对采出水高温、高盐的特殊情况,进行了降解微生物的筛选,为采出水生化处理奠定了基础。同时根据油田具体情况,采用了生物膜、氧化塘、“粉煤灰吸附 + 氧化 塘”等处理工艺,取得了较好的效果。 主题词 油气田 采出水 污水处理 污染物分析 生物降解 生物滤池 生物膜法 工艺 效果 胜利油田经过多年的研究攻关,针对采油废水中难降解石油烃筛选出特效菌种,采用生物接触氧化法、人工氧化塘和粉煤灰吸附处理油田废水,使处理后污水水质达到国家排放标准的要求。建成投产了胜利王家岗、孤岛、桩西、现河等油田采油废水达标排放处理工程,为油田持续稳定发展提供了强有力的环保支持。 研究成果 1 油田采出水有机物组成分析 油田采出水中的 要是由石油类、地层 中带出的各种胶体微粒、处理工艺过程中投入的各类化学药剂等构成的。 由于原油物性的不同,污水中有机污染物的组分有很大不同。通过对王家岗、现河、孤岛、桩西等多个油田的污水进行 S 分析,发现原油密度较小( t/m 3 ) 的王家岗、现河、桩西油田采出水中低碳链的有机酸含量较高,对 贡献值占到 40% ~ 70% ,生化降解较为容易实现;原油密度较大( t/m 3 以上)的孤岛油田采出水中低碳链的有机酸含量相对较少,可树脂吸附的有机物占到 65% 以上,表明污水所含石油类中重质组分较多,其中的烷烃、 芳烃能够得到有效地去除外,其它有机物较难生化降解。 油田采出水中污染物组分的不同也决定了处理工艺的不同。实验表明,对原油密度较小的油田采出水由于低分子有机酸较多,絮凝沉降和物理吸附处理效率不高;对原油密度较大的油田采出水絮凝沉降和物理吸附处理效果相对较好。据此可以选择油田采出水外排处理工艺。 2 特殊条件下石油降解微生物的筛选 胜利油田采出水的普遍特点是水温较高( 30 ~60 ℃)、氯离子浓度高( 3 000 ~ 20 000 )、总盐量高( 5 000 ~ 32 000 )。温度可直接影响微生物的活性; 盐度过高可使微生物细胞脱水引起细胞原生质分离,脱氢酶活性降低。因此,在这种特殊条件下实现生化降解,首先要筛选能够在此条件下有较高降解活性的高盐嗜热微生物。 在石油污染降解生物方面,我国已作了大量的基础研究工作,分离、筛选了一大批石油烃降解微生物,初步建成了石油降解微生物菌种库,但符合胜利油田特殊水质条件的微生物菌株并不多。为此,将现有的微生物资源和自然环境选择诱导的土著微生物结合利用。从石油菌库和污染源周边环境中筛选分离出近百余株菌株进行高温、高盐特殊环境条件下的适应性试验和降解性能试验。经过室内多次分离、 筛选及组合后,获得多株在耐温( 40 ~ 60 ℃)、高盐( 8 000 ~ 30 000 )情况下,降解能力较强的降解菌和亚硝化菌。将筛选出的菌株作为菌种,22 石油规划设计 第 1 4 卷第 5 期 科 技 进行了油田采出水生物处理的室内模拟试验和现场中试试验,均取得了明显的降解效果;所筛选细菌的生物活性强,对环境、水质的耐冲击性较好,在增加生物载体的条件下,生物量达到了常规生化处理的要求。 油田采出水中磷营养源较为缺乏,某些污水中还缺少氮源。为保持生物系统碳、氮、磷的营养平衡,促进微生物的生长繁殖,通过正交试验有针对性地筛选了生物激活剂,定期向系统投加,保持生物生长活性。 油田采出水的高矿化度决定了其较强的结垢趋势。 以 王家岗油田污水为例,污水中 + 浓度为 1 00 0 。生物系统充氧曝气过程中温度的变化,使大量的碳酸钙结晶附着在空气分散设备和生物填料上,尤其是在生物填料上的沉积,使微生物无法在填料上聚集,严重影响了系统生物量的维持。 通过污水的阻垢试验研究,研制出对生物生长无副作用的无机阻垢剂,阻垢率达 85 。工程运行一年来,填料没有出现结垢现象,钙离子的附着量仅为 mg/g 。 3 油田采出水生化处理工艺的研究 ( 1 )生物膜处理工艺 高温不仅影 响到微生物的生长,而且对微生物分泌的胞外多糖、胶质等理化特性产生很大影响,微生物的絮凝性能明显变差,难以形成菌胶团。通常的泥法悬浮式生物处理工艺容易造成生物量的流失,不适合处理高温油田采出水。为此,开展了固定床、流化床接触氧化、生物转盘、 法等多种工艺的试验研究。从技术、经济、管理等几方面综合考虑,在王家岗、孤岛 2 个外排工程中采用了占地面积小;投资和运行费用低;自动化程度要求低;系统内生物量大;处理负荷高;抗冲击负荷能力强的固定床接触氧化工艺。 ( 2 )氧化塘处理工艺 氧化塘是污水生化处理的方法之一,利 用湿地植物和微生物吸收、分解有机污染物。这种方法处理成本低,技术难度小,在国外采用该方法处理采出水的工程实例较多。 胜利油田位于黄河三角洲,芦苇湿地资源较为丰富。桩西油田位于黄河入海口处,土质贫瘠,人口稀少,工业单一,具有修建生化氧化塘自然条件。同时,桩西排放口的污水经过已建的多级物化处理后,污染程度较低,水中 160 ~ 200 ,水质条件也符合氧化塘处理的要求。为此,在桩西油田外排口进行了占地 27 公顷氧化塘处理废水先导实验,取得较好的净化效果。 、石油类、硫化物、挥发酚等 5 项 主要污染指标,至试验地中后部时已全部达标。 桩西氧化塘中生长着大量的微生物、主要细菌、藻类、原生动物等。细菌以 红色球菌和杆状菌居多,在 氧化塘内对有机物起降解作用。藻类主要包括蓝藻门中的颤藻属和硅藻门的舟形藻和桥穹藻属,还有少量的球衣藻、华美绿梭藻、弦月藻、裸藻等,其光合作用是塘水中溶解氧的主要提供者。氧化塘中的芦苇等大型水生植物,对污水中污染物起着过滤、吸附的作用,同时起到向水中充氧的作用。 ( 3 )“粉煤灰吸附 + 氧化塘”处理工艺 电厂粉煤灰是一种廉价的吸附剂,对有机物具有良好吸附性能,国内也有采用粉煤灰处理 生活污水的先例。位于胜利电厂东北 7 的现河首站每天有 10 4 m 3 油田采出水外排。研究表明,将电厂冲灰水与现河首站采油废水按现有流量比例混合,经粉煤灰吸附过滤处理后, 去除 40% ~ 60%, 石油类可减少约 80 %, p H 值提高约 p 氮的去除率可由 提高到 ~ 。研究还发现粉煤灰除了对采油废水中污染物具有吸附效果外,更有利于废水的进一步生化处理。因此,吸附后的污水再利用巨大的灰场面积,进行氧化塘生化处理,以实现采油废水的达标处理。 处 理技术的应用 1 王家岗油田污水达标排放处理工程 王家岗油田是一个边缘水活跃的油田,不需要靠注水维持地层压力,造成采出水大量排放,排放量在 10 4 ~ 10 4 m 3 /d 。王家岗污水属典型的高温( 55 ~ 65 ℃)、高盐( 25 000 )有机污染废水,主要污染物为 、石油类、挥发酚、 氨氮等。 在大量的室内研究和现场试验的基础上,以生物降解为核心,采用占地面积小、停留时间短、系统生物量大的生物接触氧化工艺,建成投产了处理规模 10 4 m 3 /d 王家岗油田污水外排处理 站,其流程见图 1 。 工程运行近一年,经核算工程运行费用为 m 3(不包括工程折旧),处理后水中 100 ~150 ; 10 ~ 15 ;石油类为 7 ~ 10 , 达到《污水综合排放标准》( 978 — 1996 )中的二级标准。 2 孤岛油田污水达标排放处理工程 来 水 沉降 罐 浅池气浮处理 生物接触 氧化池 沉淀 池 计 量 出 水 图 1 王家岗油田污水外排处理站流程 科 技 石油规划设计 2003 年 9 月 23 孤岛油田剩余采出水主要是由于近几年注聚三次采油过程中用清水配注聚合物后产生的多余污水,每天约 10 4 m 3 。孤岛污水 的矿化度为 7 000 ~7 600 ,温度在 40 ~ 50 ℃,其主要污染物是以 石油类为主的有机污染物。特别是污水中含有20 ~ 4 0 的聚丙烯酰胺,增加了污水的黏度和水中的有机物含量,给污水水质治理增加了难度。 针对污水的特点筛选了特殊的菌种组和生物激活剂,对污水的主要污染物,尤其是对三次采油的聚合物残留物实现了有效地去除。孤岛污水生化处理工程,处理规模为 10 4 m 3 /d ,处理流程见图2 。 该工程在原有工程上进行改造,工程投资少。目前已运行一年多,运行成本 /m 3 (不包括工程折旧)工程运行平稳,出水水质稳定,达到国家排放标准。 3 桩西油田污水氧化塘处理工程 桩西采油厂的桩西联外排污水矿化度为 9 000 ~ 11 000 ;温度在 30 ~ 45 ℃,经混凝沉降除油和过滤处理后,污水中的挥发酚、硫化物、石油类和 污染物仍然超过排放标准的要求。 桩西油田外排口下游存在着大片的盐碱洼地,生长着茂密的芦苇,为此,在该地区实施了氧化塘处理工艺。建成的桩西 污水外排处理站处理 10 4 m 3 /d ,处理流程见图 3 。 该治理工程项目于 2000 年 9 月试运投产, 经处理的污水达标排放。氧化塘生物处理段运行成本仅为 /m 3 。 4 现河油田污水粉煤灰处理 工程 由于热采开发, 10 4 m 3 。现河污水与王家岗污水水质接近,污水矿化度为 29 000 ~ 32 000 ;温度在 45 ~ 55℃,但污水中 等有机污染物浓度较高,是其他外排口污水的一倍以上。 量为 600 ~800 ; 为 200 ~ 300 ;处理难度较大。在进行了生物转盘和粉煤灰吸附两种处理工艺的比较后,选择了工程投资省、运行管理简便、维护费用少、抗冲击负荷能力强的“粉煤灰 + 氧化塘”处理工艺,工程设计规模为 10 4 m 3 /d ,处理 流程见图 4 。 工程中粉煤灰氧化塘设计占地 35 公顷,平均停留时间 10 d 。在 不影响电厂正常排灰的前提下,利用粉煤灰对采油废水进行预处理,大幅度降低废水中石油类和 含量,使有机污染负荷和温度达到生物稳定糖的要求,经进一步的生化处理使污水达标排放。 今后的研究方向 随着胜利油田采油废水外排工程相继投产运行,各污水站 基本实现了达标排放, 但油田采出水达标外排处理还刚刚起步,还需要进行相应的研究工作。 1 加强油田采出水降解微生物的研究 油田生产的复杂性决定了污水水质的不稳定性。由于目前筛选的适应油田采出水水 质条件的菌种数量有限,菌胶团抵御水质变化的能力还不够强,容易造成生物系统效率的下降,影响处理效果。因此,应坚持不懈地进行特殊降解菌种的筛选,逐步建立采油废水降解微生物菌种库。 2 提高生物系统的处理效率 随着国内外生物处理技术的发展,高效、稳定、节能的新型废水生物处理技术层出不穷,尤其对于难降解污染物的生物降解研究有了很大的进展。石油污染也属于难降解污染物,油田采出水的高温高盐又要求生物反应器具有耐温阻垢的性能。因此,利用新技术不断开发适合油田采出水生化处理的高效反应器是今后工作的重点。 参 考 文 献 [1] 闫毓霞等 . 胜利油田采油废水污染现状及达标处理技术探讨 . 油气田环境保护, 2002 , 12 ( 2 ): 26 ~ 31 [2] 赵明奎等 . 利用粉煤灰处理采油废水的研究 . 油气田环境保护, 2002 , 12 ( 1 ): 17 ~ 19 收稿日期: 2002 - 12 - 13 编辑 : 马三佳 来 水 平流 隔油池 涡凹气浮处理 生物接触 氧化池 沉淀 池 计 量 出 水 图 2 孤岛油田污水达标排放处理流程 处理站来水 缓冲池 降温 曝气沟 一 级好氧化塘 二级好氧化塘 计 量 出 水 图 3 桩西油田污水氧化塘处理流程 油站 来水 重力沉 降除油 射流 气浮 混 合 兼性 塘 好氧塘 外排 图 4 现河油 田污水粉煤灰处理流程 提升 计 量 Vo 2003 to of in be of to 2S, of on of it is to ; it is to , in A on ar i of NG NG of NG NG of NG NG of NG NG 010 of et of an of of is to of of of et of on it is on of of of of of s is of i of of of of of of of to of of of of of u et of in is It is to on of of of on of of of by of is of is is A ei et of in of of of a of of to of of a 1 104 6 1813161921 F
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